Учебник для 10 класса

Естествознание

§ 14. Эксперимент. Теория. Практика

Наука — капитан, а практика — солдат.
Леонардо да Винчи

Что такое гипотетико-дедуктивный метод познания природы? Как построить научное исследование? Какова сегодня роль математики и теоретических моделей в науке?

Урок-конференция

Цель конференции

Рассмотреть различные подходы к построению современного научного исследования

План конференции

1. Гипотетико-дедуктивный метод в исследовательской деятельности.
2. Планирование и проведение опыта на основе гипотезы.
3. Особенности методологии Эйнштейна, Декарта.
4. Роль математики в естественных науках и теоретическое моделирование.

При изучении естественных наук мы применяем теоретические и эмпирические методы познания. Для эффективного их использования необходимы определенные исследовательские умения. Можем ли мы построить свои рассуждения и практические действия так, чтобы кратчайшим путем решить какую-либо проблему, возникающую при изучении природы? Какие методы целесообразно при этом использовать? Какова будет их последовательность?

В нашей учебной практике будем использовать сложившуюся в результате исследований многих ученых-естествоиспытателей последовательность действий:

1. Анализ фактов на основе проведенных наблюдений.
2. Постановка проблемы на основе анализа фактов.
3. Выдвижение гипотезы исследования, возможных следствий, которые можно проверить в случае верной гипотезы.
4. Эмпирическая проверка следствий гипотезы — постановка эксперимента.
5. Анализ результатов эксперимента, теоретические выводы о справедливости (или несправедливости) гипотезы, возможность практического применения результатов исследования.

Научившись применять эту цепочку действий в ходе любого исследования, мы приблизимся к освоению методологии естественных наук. Это знание поможет нам в любой деятельности, которая предполагает решение проблем, поиск ответов на сложные, нестандартные вопросы.

СООБЩЕНИЕ 1. Гипотетико-дедуктивный метод исследования: сущность, примеры применения в естествознании.

Источники информации

1. Капица П. Л. Эксперимент. Теория. Практика/П. Л. Капица. — М.: Наука, 1981.
2. Механика и цивилизация / под ред. А. Г. Григорьяна, Б. Г. Кузнецова. — М.: Наука, 1979.

СООБЩЕНИЕ 2. С помощью лабораторного оборудования выполните демонстрационный эксперимент — исследование по физике (оптика). Организуйте демонстрацию опыта как проблемное исследование учеников вашего класса. Используйте цепочку познавательной деятельности для исследования зависимости расстояния между двояковыпуклой линзой и четким изображением светящегося предмета на экране от расстояния между линзой и предметом (рис. 7). Эту зависимость можно описать качественно.

Вы выполните исследовательское задание повышенной сложности, если вам удастся вывести так называемую формулу линзы, т. е. получить количественную зависимость между l₁ и l₂ т. д.

Рис. 7. Схема опыта по исследованию свойств линзы

ПОДСКАЗКА. Не забудьте определить фокусное расстояние (f) линзы (вы учились этому в 8 классе).

Подберите оборудование с помощью учителя. Ход размышлений и исследований опишите, заполнив таблицу.

Источники информации

1. Перышкин А. В. Физика: учеб. для 8 кл. / А. В. Перышкин. — М.: Дрофа, 2005.
2. Мякишев Г. Я. Физика: учеб. для 10 кл. / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. — М.: Просвещение, 2003.

СООБЩЕНИЕ 3. Методология Эйнштейна и Декарта.

В лекции «О методе теоретической физики» (1933) Эйнштейн говорил: «Я убежден, что посредством чисто математических конструкций мы можем найти те понятия и закономерные связи между ними, которые дадут нам ключ к пониманию явлений природы. Опыт может подсказать нам соответствующие математические понятия, но они ни в коем случае не могут быть выведены из него. Конечно, опыт остается единственным критерием пригодности математических конструкций физики. Но настоящее творческое начало присуще именно математике. Поэтому я считаю в известной мере оправданной веру древних в то, что чистое мышление в состоянии постигнуть реальность».

А вот высказывание Декарта.

«Под интуицией я понимаю не зыбкое свидетельство чувств и не обманчивое суждение неправильно слагающего воображения, а понимание ясного и внимательного ума. Настолько легкое и отчетливое, что не остается совершенно никакого сомнения относительно того, что мы разумеем, или, что то же самое, несомненное понимание ясного и внимательного ума, которое порождается одним лишь светом разума».

Опишите сущность методов, которые используют Эйнштейн и Декарт.

Источники информации

1. Эйнштейн А. Собрание научных трудов В 4т./ А- Эйнштейн. — М.: Наука, 1967.
2. Декарт Р. Сочинения В 2т. Т. 1. Мир, или Трактат о свете. / Р Декарт. — М.: Мысль, 1989.
3. Горелов А. А. Концепции современного естествознания; учеб. пособие для вузов / А. А. Горелов. — М.; АСТ, Астрель, 2006.

СООБЩЕНИЕ 4.Роль математики в естественных науках.

«Философия написана в величественной книге (я имею в виду Вселенную), которая постоянно открыта нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана же она на языке математики, и знаки ее — треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых человек не смог бы понять в ней ни единого слова; без них он был бы обречен блуждать в потемках по лабиринту» (Галилей Г. Пробирных дел мастер /Г. Галилей. — М.: Наука, 1987. — С. 41).

Подберите другие высказывания ученых о роли математики в естественных науках. Сделайте обобщения.

Источники информации

1. Свасьян К. А Становление европейской науки / К. А. Свасьян. — Ереван: Изд-во АН Армении, 1990.

СООБЩЕНИЕ 5.Сущность мысленного эксперимента как метода.

Два описания мысленного эксперимента — Галилеем и Эйнштейном.

Источники информации

1. Ахутин А. В. История принципов физического эксперимента / А. В. Ахутин. — М.: Наука, 1979.
2. Эйнштейн о Галилее и его «Диалогах» // Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. В 4 т. — М.: Наука, 1967.
3. Голубинцев И. Ю. Концепции современного естествознания: учеб. пособие / В. О. Голубинцев [и др.]; под ред. С. И. Самыгина. — 7-е изд. доп. и перер. — Ростов н/Д, 2005.

В истории науки развивались представления о методах исследования. В разные эпохи центральная роль отводилась то теоретическим, то практическим методам исследования. Современная методология естественных наук в большей степени основана на гипотетико-дедуктивном методе исследования. Большая роль отводится математическому моделированию. Основу научного естествознания составляет эксперимент.